黃土丘陵溝壑區(qū)生態(tài)風(fēng)險動態(tài)變化及其地形梯度分析
——以陜西省米脂縣為例

劉 迪,陳 海,梁小英,馬 勝,王嘉妮

西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院,西安 710127

目前,地球已經(jīng)進(jìn)入“人類世”新紀(jì)元[1],土地利用變化背景下大部分社會-生態(tài)復(fù)合系統(tǒng)受到人類活動的脅迫并引致諸多生態(tài)風(fēng)險[2]。科學(xué)評估與緩解人類活動引發(fā)的風(fēng)險,已成為當(dāng)前地理學(xué)與生態(tài)學(xué)研究的核心議題之一[3]。黃土丘陵溝壑區(qū)等生態(tài)脆弱區(qū)對土地利用變化具有極強(qiáng)響應(yīng),區(qū)域內(nèi)農(nóng)耕活動頻繁,景觀較為破碎,生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性及恢復(fù)力差[2,4],極大影響人類福祉賴以發(fā)展的自然根基。定量表征與評價區(qū)域內(nèi)人類活動對生態(tài)環(huán)境造成的風(fēng)險,是黃土高原生態(tài)恢復(fù)及可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)[5]。

生態(tài)風(fēng)險是生態(tài)系統(tǒng)組分受到外界壓力而產(chǎn)生不利生態(tài)影響的可能性[6]。目前,生態(tài)風(fēng)險研究范式較為統(tǒng)一,基于景觀格局指數(shù)度量的景觀生態(tài)風(fēng)險評價的研究居多[7- 11],且以土地利用變化為誘因的風(fēng)險評價[12- 13]已成為研究熱點(diǎn)。盡管同時將風(fēng)險源對生態(tài)環(huán)境的脅迫、風(fēng)險對人類社會的影響納入綜合生態(tài)風(fēng)險評價的研究還不多見[14- 16],且指標(biāo)間的權(quán)重大多采用層次分析法[16]、專家打分法[15]等主觀方法來確定,但在依據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況遴選風(fēng)險源指標(biāo)、基于干擾度和脆弱度來表征自然系統(tǒng)損失度、綜合自然屬性和社會屬性來表征風(fēng)險損失度等方面已得到諸多學(xué)者的認(rèn)可[17- 19]。同時,生態(tài)風(fēng)險評價研究主要聚焦流域[7- 9,14]、海岸帶[10,12,20]等自然地域以及礦區(qū)[11]、行政區(qū)[13,17,21- 22]等人文地域,黃土丘陵溝壑區(qū)風(fēng)險評價研究案例較少。

基于此,本文以地處黃土丘陵溝壑區(qū)的陜西省米脂縣為例,選取農(nóng)戶干擾脅迫、土壤污染脅迫、外部距離脅迫等3類風(fēng)險源,基于熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重,構(gòu)建耦合農(nóng)耕風(fēng)險概率與自然-社會復(fù)合系統(tǒng)損失度的二維風(fēng)險模型,對生態(tài)風(fēng)險時序變化進(jìn)行分析的同時結(jié)合地形分布指數(shù)探究了生態(tài)風(fēng)險時空分布特征與地形之間的關(guān)系。

1 研究區(qū)概況

米脂縣(109°49′E—110°29′E,37°39′N—38°05′N)位于陜西省榆林市東南部,總面積1178 km2,地處黃土丘陵溝壑區(qū)。屬中溫帶半干旱氣候帶,全年降雨量低,氣候干燥,夏季是降雨主要季節(jié);境內(nèi)溝壑縱橫,地勢起伏較大,植被覆蓋度低,地表破碎化程度突出(圖1)。伴隨著大量農(nóng)藥化肥、塑料薄膜的使用以及陡坡種植等高密度農(nóng)耕行為,米脂縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)呈現(xiàn)出脆弱性特征并使生態(tài)風(fēng)險持續(xù)增加,及時把握風(fēng)險的演變趨勢對于米脂縣十分必要。作為國家首批退耕還林示范縣,1999—2015年持續(xù)退耕使林草地面積持續(xù)增加,在區(qū)域政策與經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)動下,耕地類型轉(zhuǎn)化與棄耕撂荒行為頻發(fā);加之自然條件過渡性與多樣性,研究區(qū)土地利用類型產(chǎn)生較大變化,為揭示綜合生態(tài)風(fēng)險的時空演化提供了良好的研究平臺。

圖1 米脂縣地理位置及其高程Fig.1 Location and DEM of the Mizhi County

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

數(shù)據(jù)來源涉及土地利用、地形及社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等多個數(shù)據(jù)集。其中,2009年米脂縣土地利用類型數(shù)據(jù)基于第二次全國土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)集獲得;2015年米脂縣土地利用數(shù)據(jù)以該年高分一號影像(321波段)為數(shù)據(jù)來源,通過ENVI 5.1進(jìn)行幾何校正、影像增加處理后,進(jìn)行監(jiān)督分類和目視解譯獲取,解譯結(jié)果的Kappa指數(shù)達(dá)到0.86,滿足風(fēng)險評價精度要求。參照全國土地利用分類標(biāo)準(zhǔn),將土地利用類型分為耕地、果園、林地、草地、水域、城鎮(zhèn)村及工礦用地、荒地(含鹽堿地)7類。DEM數(shù)據(jù)源于中科院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn/),重采樣為10 m DEM,利用ArcGIS鄰域分析工具建立5×5矩形移動窗口分別提取鄰域柵格高程最大值與最小值并求取差值,生成研究區(qū)地形起伏度[23]。人口密度、糧食產(chǎn)量及農(nóng)業(yè)投入等社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)源自《米脂縣社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒》(2009年、2015年)。

2.2 生態(tài)風(fēng)險評價框架

本文按照生態(tài)損失指數(shù)法,將研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險定量表征為風(fēng)險概率與風(fēng)險損失的乘積[6]。黃土丘陵農(nóng)耕區(qū)生態(tài)風(fēng)險源識別需較好地表征外部脅迫,而土地利用是農(nóng)戶改造自然環(huán)境最直觀的表現(xiàn)形式[12],并關(guān)聯(lián)諸多生態(tài)環(huán)境問題[13],因此與土地利用密切關(guān)聯(lián)的農(nóng)耕風(fēng)險類型應(yīng)當(dāng)予以關(guān)注。基于此,黃土丘陵農(nóng)耕區(qū)綜合生態(tài)風(fēng)險(Comprehensive Ecological Risk,CER)可以通過農(nóng)耕生態(tài)風(fēng)險概率(Agricultural Ecological Risk Possibility,AERP)與自然-社會復(fù)合系統(tǒng)損失度(Natural-Social Loss Index,NSLI)共同表征[5,17]。公式如下：

CERi=AERPi×NSLIi

(1)

式中,CERi為風(fēng)險小區(qū)i的綜合生態(tài)風(fēng)險;AERPi為風(fēng)險小區(qū)i的農(nóng)耕生態(tài)風(fēng)險概率;NSLIi為風(fēng)險小區(qū)i的自然-社會復(fù)合系統(tǒng)損失度。其中：

(2)

式中,Pij為第i個風(fēng)險小區(qū)的j類風(fēng)險源概率;λj為j類風(fēng)險源權(quán)重,農(nóng)戶干擾脅迫、土壤污染脅迫、外部距離脅迫三者權(quán)重分別為0.24、0.42、0.34;NLIi為第i個風(fēng)險小區(qū)自然系統(tǒng)損失度;SLIi為第i個風(fēng)險小區(qū)社會系統(tǒng)損失度;權(quán)重a=0.64、b=0.36。權(quán)重通過客觀熵權(quán)法賦值得到。

為探討生態(tài)風(fēng)險空間分異,本文利用等間距系統(tǒng)采樣將研究區(qū)劃分為362個2 km×2 km單元網(wǎng)格[10],將計(jì)算得到的各類風(fēng)險源指標(biāo)數(shù)值及損失度值賦予風(fēng)險小區(qū)中心點(diǎn),借助ArcGIS空間分析工具進(jìn)行普通克里金插值,實(shí)現(xiàn)空間化。

2.2.1 農(nóng)耕生態(tài)風(fēng)險概率

目前,由于人類活動與自然環(huán)境關(guān)聯(lián)程度不斷加深,土地利用替代自然要素在短期內(nèi)主導(dǎo)環(huán)境變化和區(qū)域發(fā)展已成客觀事實(shí)[19]。在黃土丘陵溝壑區(qū),景觀演化亦具有人類主導(dǎo)性,結(jié)合風(fēng)險動態(tài)演化的研究目標(biāo)導(dǎo)向,生態(tài)風(fēng)險概率偏重農(nóng)戶耕作與生產(chǎn)生活引致的風(fēng)險,主要包括由農(nóng)戶干擾脅迫、土壤污染脅迫、外部距離脅迫三者引致的風(fēng)險。

農(nóng)戶干擾脅迫是指農(nóng)戶從事農(nóng)業(yè)活動、生產(chǎn)生活形成的干擾體對景觀環(huán)境施加的脅迫[24]。本文根據(jù)黃土丘陵農(nóng)耕區(qū)特點(diǎn),選取土地墾殖系數(shù)表示農(nóng)戶對土地資源的利用與干擾程度,該系數(shù)為耕地面積占土地總面積的比例。一般情況下,土地墾殖系數(shù)較大的區(qū)域往往面臨較高的局域水土流失與土壤鹽漬化風(fēng)險。考慮到研究區(qū)水資源匱乏、工業(yè)滯后,因此區(qū)域環(huán)境污染應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注農(nóng)業(yè)土壤污染,本文選取農(nóng)藥化肥施用強(qiáng)度與農(nóng)塑薄膜覆蓋密度表征研究區(qū)農(nóng)業(yè)種植行為對區(qū)域生態(tài)環(huán)境帶來的土壤污染脅迫。

外部距離脅迫是農(nóng)戶對不同景觀類型干擾距離的刻畫,一般而言,距離道路越近,人類活動影響下各類景觀類型代表的生態(tài)系統(tǒng)面臨其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)降低的風(fēng)險越大[5]。另外,外部距離脅迫值也與自身地類屬性對農(nóng)戶的吸引程度有關(guān),本文通過距離衰減系數(shù)進(jìn)行衡量[25]。公式如下：

(3)

式中,d為景觀單元距道路的距離;aj為j類景觀類型的距離衰減系數(shù),根據(jù)建筑用地、耕地、果園、水域、草地、林地和荒地對道路依賴程度的不同,分別取1000、500、500、100、10、1、1。

2.2.2 自然-社會復(fù)合系統(tǒng)損失度

自然-社會復(fù)合系統(tǒng)損失度包含自然系統(tǒng)損失度,社會系統(tǒng)損失度,分別表示自然系統(tǒng)、社會系統(tǒng)暴露于風(fēng)險下可能帶來的損失[17- 18]。農(nóng)耕行為對生態(tài)環(huán)境的干擾,使區(qū)域內(nèi)所有景觀暴露在一種或多種風(fēng)險源之下,其代表的生態(tài)系統(tǒng)都可能遭到損失[21],直觀地表現(xiàn)在景觀結(jié)構(gòu)和功能的變化上。不同類型景觀暴露于區(qū)域的多種位置,其受到的干擾程度與自身應(yīng)對外界干擾的抵抗能力均有差異[10]。本文選用基于干擾度和脆弱度的自然損失指數(shù)反映風(fēng)險受體受到人為干擾時其自然屬性損失的程度[18]。公式如下：

(4)

式中,NLIi為第i個風(fēng)險小區(qū)的自然系統(tǒng)損失度;Ek為景觀類型k的干擾度;Fk為景觀類型k的脆弱度;Sik為第i個風(fēng)險小區(qū)k類景觀類型面積;Si為第i個風(fēng)險小區(qū)總面積。參考前人[10,22]研究,干擾度包含破碎度、分離度、優(yōu)勢度,各項(xiàng)指標(biāo)在Fragstats 4.2中計(jì)算得到;脆弱度依據(jù)專家打分法歸一化求得。

由于不同的生態(tài)危害發(fā)生在不同的風(fēng)險小區(qū)內(nèi),可能導(dǎo)致完全不同的結(jié)果。因此損失度不僅要考慮受體的自然屬性,還要考慮其社會經(jīng)濟(jì)屬性[16]。農(nóng)耕區(qū)社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中,人口是區(qū)域發(fā)展的根本,糧食資產(chǎn)是關(guān)乎農(nóng)戶福祉的關(guān)鍵,兩者是研究區(qū)風(fēng)險脅迫下最為敏感的損失受體。本文通過社會系統(tǒng)損失度SLI定量分析區(qū)域?yàn)?zāi)損敏度,利用人口密度、糧食產(chǎn)量指標(biāo)等權(quán)重綜合反映。本文依托于土地利用數(shù)據(jù),人口密度以格網(wǎng)內(nèi)建設(shè)用地比例與鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口密度標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行分區(qū)統(tǒng)計(jì)獲取,糧食產(chǎn)量以格網(wǎng)內(nèi)耕地面積比例與鄉(xiāng)鎮(zhèn)糧食產(chǎn)量標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行分區(qū)統(tǒng)計(jì)獲取。

2.3 地形起伏度及其分布指數(shù)

地形起伏度是對區(qū)域地形切割深度的數(shù)值度量,是表征地貌類型的重要指標(biāo),尤其是在黃土丘陵溝壑區(qū)等地表切割較強(qiáng)地區(qū),地形起伏度的成圖成為該類區(qū)域地貌過程分析的重要步驟[26]。黃土丘陵溝壑區(qū)內(nèi)地形對人類活動的限制性和對土地利用空間分布的自然選擇性,使區(qū)域內(nèi)人類風(fēng)險脅迫與社會財富隨地形梯度分布呈現(xiàn)規(guī)律的變化特征,而風(fēng)險源與損失度等關(guān)聯(lián)要素的變化導(dǎo)致地形梯度上不同等級生態(tài)風(fēng)險的遷移。本文結(jié)合分布指數(shù)[27]旨在探討地形起伏度因子與生態(tài)風(fēng)險之間的時空關(guān)聯(lián)。分布指數(shù)通過消除不同地形起伏度等級面積差異和不同風(fēng)險組分面積比重差異來描述各風(fēng)險組分在地形起伏度梯度上的分布狀況。公式如下[27]：

P=(Sie/Si)(S/Se)

(5)

式中,P為分布指數(shù),Sie為第e種地形起伏度下第i類風(fēng)險等級面積,Si為第i類風(fēng)險等級總面積;Se為第e種地形起伏度總面積,S為研究區(qū)總面積。P>1,說明特定風(fēng)險等級在特定地形起伏度上處于優(yōu)勢分布。

3 結(jié)果分析

3.1 土地利用變化分析

由表1可知,研究期間米脂縣土地利用總體變化不大。草地、果園、水域及城鎮(zhèn)用地面積比例基本維持穩(wěn)定,而耕地、林地、荒地土地流轉(zhuǎn)明顯。耕地減少3168.45 hm2,變化幅度為-6.16%;林地增加1102.95 hm2,變化幅度為8.54%;荒地增加1609.47 hm2,變化幅度為183.70%,是面積比例變化最大的土地利用類型。減少的耕地,部分受退耕還林政策推動轉(zhuǎn)化為林地,部分受農(nóng)戶個體拋荒轉(zhuǎn)化為荒地。拋荒行為原因多樣,大多受經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動,年輕農(nóng)戶出外打工或響應(yīng)移民搬遷政策離開農(nóng)村選擇主動拋荒,部分農(nóng)戶因年齡增長難以負(fù)擔(dān)繁重農(nóng)工而被迫拋荒。林地增加大多來源于耕地轉(zhuǎn)入,相較于耕種,部分農(nóng)戶更意向于退耕還林,出外打工而獲得更高收益。鹽堿地產(chǎn)生于溝谷地帶,研究期間由于大面積土壤鹽漬化使鹽堿地面積增加,土壤耕性受到影響且短時間內(nèi)難以恢復(fù)。

表1 2009—2015年米脂縣土地利用類型變化/%

3.2 綜合生態(tài)風(fēng)險時空分異

本文基于自然斷點(diǎn)法將農(nóng)耕生態(tài)風(fēng)險概率、系統(tǒng)損失度以及綜合風(fēng)險進(jìn)行分級,等級越高表示風(fēng)險概率、損失度以及綜合風(fēng)險越大,結(jié)果分別如圖2、圖3和圖4所示。

3.2.1 農(nóng)耕生態(tài)風(fēng)險概率

農(nóng)耕風(fēng)險概率是農(nóng)戶干擾脅迫、土壤污染脅迫與外部距離脅迫的綜合表征。由圖2可知,研究期間風(fēng)險概率空間差異顯著,大致呈現(xiàn)中東部高、西北部低的空間分布格局。2009年最高風(fēng)險概率(V級)占研究區(qū)面積的12.25%,集中分布于中部的銀州與東部的桃鎮(zhèn)與楊家溝;銀州位于川道,農(nóng)耕與鄉(xiāng)鎮(zhèn)交通發(fā)達(dá),農(nóng)戶干擾較大,桃鎮(zhèn)與楊家溝因其較高的墾殖率與農(nóng)肥施用而呈現(xiàn)較高的農(nóng)耕風(fēng)險。III、IV級風(fēng)險概率在V級風(fēng)險區(qū)域周圍呈環(huán)狀分布,占研究區(qū)面積的31.03%。I、II級風(fēng)險概率占研究區(qū)面積的56.82%,主要分布于西部與北部區(qū)域;西部各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)地耕作強(qiáng)度與農(nóng)肥使用量較低,土壤污染有限,同時北部與西部交通相對閉塞,農(nóng)戶干擾造成的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值降低的可能性較小。與2009年相比,2015年農(nóng)耕生態(tài)風(fēng)險呈現(xiàn)“西移北進(jìn)”、中部擴(kuò)張的趨勢,風(fēng)險概率整體上升了13.19%。東南部風(fēng)險核心有所縮小,主要是由于楊家溝土壤污染明顯減輕;西部與北部農(nóng)耕風(fēng)險的擴(kuò)張則與石溝和沙店的道路擴(kuò)張、石溝和高渠等鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤污染的上升密切相關(guān)。

圖2 米脂縣2009—2015年農(nóng)耕生態(tài)風(fēng)險概率空間分布Fig.2 Spatial distribution of Agricultural Ecological Risk Possibility from 2009 to 2015 in the Mizhi County

3.2.2 自然-社會復(fù)合系統(tǒng)損失度

自然-社會復(fù)合系統(tǒng)損失度由景觀結(jié)構(gòu)損失度、社會經(jīng)濟(jì)損失度綜合表征,由圖3可知,研究期間系統(tǒng)損失度空間差異顯著,大致呈現(xiàn)中西部高、南北低的空間分布格局。2009年較高損失度(IV、V級)塊狀分布于研究區(qū)中部,主要包括西部的郭興莊、石溝、中部的橋河岔等鄉(xiāng)鎮(zhèn),占研究區(qū)面積的25.22%;郭興莊毗鄰榆林風(fēng)沙區(qū),植被稀少,土壤風(fēng)蝕沙化明顯,自然損失度全縣最高;石溝與橋河岔高損失度閉合區(qū)正處米脂縣最大的兩條侵蝕溝,土地利用開發(fā)程度強(qiáng),景觀破碎,且人口密集,風(fēng)險造成的損失較大。I、II級損失度占研究區(qū)面積的44.53%,主要分布于東北部以及南部各鄉(xiāng)鎮(zhèn)。與2009年相比,2015年系統(tǒng)損失度呈現(xiàn)“南移東進(jìn)”、中部聚集的趨勢,系統(tǒng)損失度整體上升3.62%。隨著城鎮(zhèn)化推進(jìn),中部銀州接納更多的外來鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口,人口密度有所上升,風(fēng)險損失增加。近年來石溝鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)使得區(qū)域景觀分離度降低,損失度核心區(qū)域縮小,而東部的桃鎮(zhèn)由于大面積土地撂荒導(dǎo)致景觀趨于破碎,自然損失度增加而成為新增的損失度高值核心。

圖3 米脂縣2009—2015年自然-社會復(fù)合系統(tǒng)損失度空間分布Fig.3 Spatial distribution of Natural-Social Loss Index from 2009 to 2015 in the Mizhi County

3.2.3 綜合生態(tài)風(fēng)險

綜合生態(tài)風(fēng)險是“概率-損失”二維模型的集成表達(dá)(圖4)。研究期間,2009年、2015年米脂縣綜合生態(tài)風(fēng)險指數(shù)分別為0.1466、0.1607,風(fēng)險值上升9.65%。為更好說明風(fēng)險值的變化特征,本文采用風(fēng)險轉(zhuǎn)移矩陣分析各個風(fēng)險等級面積轉(zhuǎn)化情況(表2)。

研究期間風(fēng)險轉(zhuǎn)移類型除各個風(fēng)險級別面積保持不變之外,主要有I—II、I—III、II—III、II—IV、III—IV、III—V、IV—V7類等級增加的風(fēng)險轉(zhuǎn)移類型以及II—I、III—II、IV—III、V—IV4類等級減小的轉(zhuǎn)移類型。將相鄰等級風(fēng)險轉(zhuǎn)換面積相互抵消可得到風(fēng)險面積的轉(zhuǎn)化去向：I—II的轉(zhuǎn)化面積為4679 hm2;II—III的轉(zhuǎn)化面積為20936 hm2;III—IV的轉(zhuǎn)化面積為10032 hm2;IV—V的轉(zhuǎn)化面積為2264 hm2。由轉(zhuǎn)化去向看出,風(fēng)險等級均在自身等級的基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)向較高一級。通過簡單統(tǒng)計(jì),風(fēng)險等級由低到高轉(zhuǎn)變的面積占研究區(qū)面積的40.9%,而反向轉(zhuǎn)變面積僅占6.07%,說明生態(tài)風(fēng)險度雖在局部地區(qū)有所下降,但在整體上呈上升趨勢。

表2 米脂縣2009—2015年綜合生態(tài)風(fēng)險轉(zhuǎn)移矩陣/hm2

圖4 米脂縣2009—2015年綜合生態(tài)風(fēng)險空間分布Fig.4 Spatial distribution of Comprehensive Ecological Risk from 2009 to 2015 in the Mizhi County

同時,從圖4可以看出,研究區(qū)綜合生態(tài)風(fēng)險空間差異性顯著,整體上呈現(xiàn)中間高南北低的空間分布格局。2009年I、II等級風(fēng)險區(qū)約占研究區(qū)面積的一半,主要分布于東部和北部。IV、V等級風(fēng)險占研究區(qū)面積的22.04%,集中于研究區(qū)中部,呈片狀直線分布。與2009年相比,2015年生態(tài)風(fēng)險維持前期的空間格局,但各等級風(fēng)險面積比例發(fā)生較大變化,綜合風(fēng)險有明顯增加的趨勢。I、II級風(fēng)險區(qū)占研究區(qū)的面積分別下降4.7%、14.85%,其中II級風(fēng)險區(qū)面積的減少是研究期間風(fēng)險轉(zhuǎn)移面積最大的類型。III級風(fēng)險區(qū)面積擴(kuò)大明顯且已聯(lián)接成片,達(dá)到研究區(qū)面積的1/3,面積比例增加8.84%。IV、V級風(fēng)險區(qū)面積比例分別增加7.72%、3.01%,且空間格局變化明顯,橋河岔及銀州V級高風(fēng)險核心擴(kuò)大明顯,相較而言石溝高風(fēng)險核心明顯縮小。

3.3 生態(tài)風(fēng)險與地形起伏度的關(guān)系

為厘清生態(tài)風(fēng)險與地形的耦合關(guān)系,本文以地形起伏度為單一因子,結(jié)合分布指數(shù)探討生態(tài)風(fēng)險的時空分異(表3)。表3中,數(shù)字1—5表示地形起伏梯度,通過自然斷點(diǎn)法進(jìn)行分級;數(shù)值區(qū)為分布指數(shù)P。

隨地形起伏度級別增加,生態(tài)風(fēng)險變化趨勢大致分為3類：增加型,即I、II級風(fēng)險區(qū);穩(wěn)定型,即III級風(fēng)險區(qū);減少型,即IV、V級風(fēng)險區(qū)。從同一年份分布優(yōu)勢數(shù)值變化來看,隨地形起伏度梯度增加,I、II級風(fēng)險分布優(yōu)勢持續(xù)升高,大致在3—5級梯度上占優(yōu)勢;較高的地形起伏度說明區(qū)域相對高差較大,不適宜農(nóng)戶耕作且可達(dá)性較差,農(nóng)耕風(fēng)險影響十分有限,且起伏度較高的區(qū)域分布大量林草地,自然損失度較小。IV、V級風(fēng)險在1級地形起伏梯度上呈現(xiàn)優(yōu)勢分布,隨梯度增加,分布優(yōu)勢持續(xù)降低。較低的起伏度能夠指示較高的地形完整性與可達(dá)性,集中分布于川道河谷區(qū)及溝谷壩地區(qū),受高密度農(nóng)耕行為影響呈現(xiàn)為較高風(fēng)險概率,且區(qū)域人口集中,糧食產(chǎn)量較高,系統(tǒng)損失度大,綜合生態(tài)風(fēng)險最高。III級風(fēng)險隨地形起伏度的增加變化不明顯。從不同年份分布優(yōu)勢數(shù)值的變化來看,I級風(fēng)險在3—5級優(yōu)勢梯度上的數(shù)值明顯降低,而II級風(fēng)險在4—5級優(yōu)勢梯度上的數(shù)值升高,說明了高地形起伏度區(qū)域?qū)⒊惺芨嗟纳鷳B(tài)風(fēng)險。V級風(fēng)險除在1級起伏度上分布優(yōu)勢有所升高外,在其他起伏度級別上分布優(yōu)勢均降低,說明高風(fēng)險區(qū)域在較低起伏度上的分布更加集聚,川道區(qū)域?qū)⒊惺芨叩娘L(fēng)險脅迫。

表3 綜合生態(tài)風(fēng)險與地形起伏度的分布關(guān)系

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

(1)研究區(qū)土地利用發(fā)生較大變化,充分體現(xiàn)了以退耕還林政策與農(nóng)戶行為二元主導(dǎo)的農(nóng)耕區(qū)土地利用格局特點(diǎn)。持續(xù)退耕與耕地撂荒,使耕地不斷減少,造林與拋荒面積不斷增加,受土壤鹽漬化影響河谷壩地產(chǎn)生大量鹽堿地。

(2)研究區(qū)2009年、2015年綜合生態(tài)風(fēng)險指數(shù)分別為0.1466、0.1607,農(nóng)耕風(fēng)險脅迫增大。生態(tài)風(fēng)險空間分布差異明顯,風(fēng)險高值區(qū)片狀直線分布于研究區(qū)中部,研究期間有向川道集聚的趨勢。

(3)依托于地形分布指數(shù)分析了綜合生態(tài)風(fēng)險與地形起伏度的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn),低風(fēng)險往往優(yōu)勢分布于較高的地形起伏度區(qū)域內(nèi),高風(fēng)險則聚集于起伏度低值區(qū);研究期間,風(fēng)險向較高地形起伏度遷移明顯,同時高風(fēng)險區(qū)域在較低起伏度上的分布也更加集聚。

4.2 討論

本文基于經(jīng)典的概率損失二維框架解構(gòu)綜合生態(tài)風(fēng)險,豐富了偏重人為風(fēng)險源的生態(tài)風(fēng)險評價體系,在綜合風(fēng)險動態(tài)變化分析的同時探究了風(fēng)險與起伏度的關(guān)系。指標(biāo)體系的構(gòu)建上,本文選擇具有區(qū)域代表性的農(nóng)耕區(qū)土地生產(chǎn)投入和外部距離等指標(biāo),分別表征土壤污染和外部距離脅迫,研究結(jié)果與當(dāng)?shù)貙?shí)際情況較為吻合。同時,復(fù)合系統(tǒng)損失度不僅綜合考慮了自然生態(tài)損失與社會經(jīng)濟(jì)損失,還對其時序變化進(jìn)行分析,較為充分地體現(xiàn)了風(fēng)險受體的自然與社會經(jīng)濟(jì)屬性及其變化。

同時,本文結(jié)合可有效表征研究區(qū)地形特征的地形起伏度,將其納入分布指數(shù)來分析生態(tài)風(fēng)險與地理環(huán)境之間的時空關(guān)聯(lián),相較于以往針對風(fēng)險等級制定風(fēng)險降低對策,本文則基于不同起伏度上優(yōu)勢風(fēng)險分布給出空間差別化的生態(tài)保護(hù)措施：1)在高與較高風(fēng)險分布的低起伏度優(yōu)勢區(qū)段,即川道河谷區(qū)以及溝谷壩地區(qū)。應(yīng)嚴(yán)格管控農(nóng)戶農(nóng)耕行為,控制農(nóng)藥化肥以及塑料薄膜施用量,控制以邊坡開挖增加的建筑用地面積,保護(hù)壩地和水田,緩解人地矛盾;2)在低與較低風(fēng)險分布的高起伏度優(yōu)勢區(qū)段,即深切溝谷。應(yīng)禁止坡耕地開發(fā),嚴(yán)格控制放牧樵采,積極發(fā)展經(jīng)濟(jì)林果產(chǎn)業(yè),降低生態(tài)環(huán)境脆弱性,提高抗風(fēng)險能力。

本文基于土地利用變化的風(fēng)險模型,從景觀格局方面探討受體自然損失的嘗試,為后續(xù)綜合景觀格局和生態(tài)學(xué)過程來探討生態(tài)風(fēng)險奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。加之農(nóng)戶行為是造成景觀格局和生態(tài)學(xué)過程變化的主要因子。因此,綜合考慮景觀格局與生態(tài)學(xué)過程,基于行為模型探討和分析生態(tài)風(fēng)險的時空分異與演化,就為今后探討宏觀生態(tài)風(fēng)險的微觀驅(qū)動機(jī)理提供了有效途徑。